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大跨钢管混凝土拱桥的稳定性分析

作　者: 牛凯
导　师: 肖勇刚
学　校: 长沙理工大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 钢管混凝土拱桥 非线性 稳定性 屈曲分析
分类号: U448.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 21次
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内容摘要


钢管混凝土拱桥具有承载力高、抗震性能优越、施工方便、经济效益好等优点在近年来得到迅速发展。由于其跨径的增大,稳定性问题成为制约其发展的重要因素之一,所以对钢管混凝土拱桥进行稳定性分析有着重要的实用意义。文中首先介绍了钢管混凝土拱桥的发展历史及应用现状,钢管混凝土拱桥稳定性研究现状,论述了结构非线性有限元理论、介绍了两类非线性有限元方法;论述了拱桥稳定问题的基本理论和拱桥稳定的计算理论,并提出了稳定性问题的失稳判断准则及模式判别,针对不同截面形式的拱桥稳定平衡状态失稳情况分别进行了讨论。稳定问题一般分为两类,第一类稳定问题归结为求解特征值问题,计算比较简单;第二类稳定问题为极值点失稳,是由于非线性作用所导致的,实际工程中很大部分的拱失稳是属于第二类失稳。本文结合工程实例,通过MIDAS/CIVIL有限元分析软件进行有限元数值分析,进行线弹性分析及几何非线性分析。在线弹性分析中,分析其成桥运营后各工况的全桥稳定性,并针对拱桥上作用于活载、温度升降、风荷载、支座沉降等可能影响稳定性的因素进行了分析,然后考虑几何非线性对全桥进行稳定性分析;本文探讨了对钢管混凝土拱桥稳定性可能会产生影响的一些结构设计中的因素,并总结出这些因素对拱桥稳定性影响的规律。本文依托工程实例,针对钢管混凝土拱桥在成桥后的稳定性,利用有限元软件计算分析,得出的结论给同类桥型提供理论上的建议。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章 绪论  9-16
  1.1 引言  9-12
    1.1.1 拱桥的发展历史及应用现状  9-11
    1.1.2 钢管混凝土拱桥的发展与应用  11-12
  1.2 钢管混凝土结构的特点  12-14
  1.3 钢管混凝土拱桥稳定研究性研究现状  14-15
  1.4 本文研究的主要内容  15-16
第二章 结构的非线性有限元理论  16-25
  2.1 概述  16-17
  2.2 几何非线性有限元方法  17-21
    2.2.1 几何非线性分析问题的基本原理  17-20
    2.2.2 总体拉格朗日列式法  20-21
    2.2.3 修正的拉格朗日列式法  21
    2.2.4 T.L 列式和U.L 列式的异同及适用范围  21
  2.3 材料非线性有限元方法  21-24
    2.3.1 屈服条件  22-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章 拱桥稳定性理论及分析方法  25-35
  3.1 两类稳定问题  25-29
    3.1.1 第一类稳定问题  26-27
    3.1.2 第二类稳定问题  27-29
  3.2 稳定安全系数  29-31
    3.2.1 第一类稳定安全系数  29-30
    3.2.2 第二类稳定安全系数  30-31
  3.3 失稳判断准则及模式判别  31-33
  3.4 稳定问题的分析方法  33-34
    3.4.1 平衡法求解稳定问题  33
    3.4.2 能量法求解稳定问题  33-34
    3.4.3 动力法求解稳定问题  34
  3.5 本章小结  34-35
第四章 拱桥的稳定理论计算方法  35-50
  4.1 概述  35
  4.2 拱的面内屈曲  35-38
    4.2.1 圆拱的屈曲问题  35-37
    4.2.2 抛物线拱的屈曲问题  37-38
    4.2.3 悬链线拱的屈曲问题  38
  4.3 拱的侧倾失稳  38-49
    4.3.1 拱侧倾失稳的变形几何关系与平衡方程  38-41
    4.3.2 圆弧拱的侧倾失稳  41-44
    4.3.3 抛物线拱的侧倾失稳  44
    4.3.4 组拼拱的侧倾失稳  44-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章 大跨度钢管混凝土拱桥的稳定性分析  50-71
  5.1 有限元分析程序  50-57
    5.1.1 MIDAS 屈曲分析原理  50-53
    5.1.2 MIDAS 非线性分析原理  53-57
  5.2 工程实例分析  57-70
    5.2.1 工程基本资料  57-58
    5.2.2 全桥有限元模型  58-70
  5.3 本章小结  70-71
结论与展望  71-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
附录A 攻读学位期间发表论文目录及参加的科研项目  77
  攻读学位期间发表论文  77
  参加的科研项目  77

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 各种桥梁 > 桥梁：按结构分 > 拱式桥
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